CN114089225A - 具有测量装置的接触装置和用于测量接触状态的方法 - Google Patents

具有测量装置的接触装置和用于测量接触状态的方法 Download PDF

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Abstract

一种接触装置(1)，包括用于确定接触装置(1)的接触状态的测量装置(2)和至少两个电触点(4)，电触点在第一断开接触状态(T)下彼此电绝缘且在第二闭合接触状态(K)下彼此电连接。测量装置(2)包括声信号发射器(6)，其配置为将声信号(28)耦合到至少两个触点(4)的第一触点(8)中；以及信号接收器(10)，其以声音传导方式连接到至少两个触点(4)的第二触点(12)。本发明还涉及一种用于测量接触装置(1)的接触状态的方法。

Description

具有测量装置的接触装置和用于测量接触状态的方法
技术领域
本发明涉及具有测量装置的接触装置和用于测量接触状态的方法，特别是用于高电压和/或高电流范围的接触装置。
背景技术
这种接触装置具有两个触点，其在闭合位置彼此导电连接且在隔离位置彼此电绝缘。接触装置可以包括检测器，其允许确定触点是隔离的还是闭合的。在这种情况下，接触状态仅通过致动元件的位置间接测量。然而，这意味着例如其中一个触点被焊接到触点桥的故障状态不能被检测到或被错误地宣布为断开或闭合。因此，这种接触装置是不安全的。记录电场和/或磁场变化的检测器也主要取决于开关电压的电平和类型，因此不能任意用于不同的接触装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种解决方案，其能够以通用方式更可靠地检测两个触点的接触状态。
根据本发明，这通过一种接触装置来解决，该接触装置具有用于检测接触装置的接触状态的测量装置，并且具有至少两个电触点，电触点在第一断开接触状态下彼此电绝缘且在第二闭合接触状态下彼此电连接。测量装置包括声信号发生器和信号接收器，该声信号发生器适于将声信号尤其是声波耦合到至少两个触点的第一个中，该信号接收器以声音传导方式连接到至少两个触点的第二个。
在根据本发明的用于测量具有至少两个触点的接触装置的接触状态的方法中，这通过将声信号耦合到至少两个触点的第一触点中并在至少两个触点的第二触点处接收声信号来解决。
本发明还涉及一种计算机实现的方法，根据本发明，该方法包括以下步骤：
-提供表示从接触装置的一个触点传输到接触装置的另一个触点的声信号的测量信号，其中测量信号包括表示声信号的至少一个以下参数的至少一个测量参数：
-运行时间；
-声压；
-声能；以及
-声强；
-基于至少一个测量参数确定接触装置的接触状态。
通过根据本发明的解决方案，确保通过触点直接测量接触状态。声信号通过接触装置的触点借助于结构声从信号发射器传导到信号接收器。因为信号发射器将声信号耦合到一个触点中且信号接收器在另一个触点处接收信号，所以基于传输进行测量。与基于反射的间接测量相反，在间接测量中，信号发射器和信号接收器布置在相同的触点上且声信号的反射记录在致动元件上，确保了更高水平的安全性。例如，在用于相对于另一个触点移动一个触点的致动元件的位置的反射测量中，不能检测到触点的焊接，因为致动元件保持不受焊接的影响。由于与磁信号或电信号相反，声信号与电压的类型和电平无关，因此可以可靠地检测例如由光桥、短路和/或焊接引起的故障。此外，测量装置和方法可以应用于不同的接触装置，而不需要过多的努力。
根据本发明的解决方案可以通过以下进一步的发展和配置来进一步改进，每个发展和配置本身都是有利的，并且可以任意地彼此组合。
在第一优选配置中，信号发射器和/或信号接收器可以直接连接到相应的触点。这允许声信号直接耦合到触点中或被触点接收，而不会极大地影响声信号的参数，这可以进一步简化测量信号的评估或提供。
然而，优选地，信号发射器和/或信号接收器可以通过至少一个电隔离器特别是流电隔离器比如陶瓷板间接连接到相应的触点。因此，可以通过信号发射器和/或信号接收器的电气部件与相应电触点之间的接触来防止短路。
电隔离器可以由与相应触点的材料具有相似特别是相同的声音传导的材料制成。声音传导取决于材料的密度、横向收缩系数、弹性模量和剪切模量。通过选择合适的电隔离器材料，在隔离器和触点之间的过渡处避免了声波参数的波动，特别是结构声的波动。
信号发射器和/或信号接收器可以特别适于耦合或接收超声波范围内的声信号，特别是从16kHz。由于超声波位于人类可听到的范围之上，因此测量装置可以防止不希望的噪声污染。
信号发射器和/或信号接收器尤其可以是压电元件，其可以在大的测量范围内提供高精度和可靠性。此外，这些压电元件长期稳定且紧凑。
在优选配置中，该装置特别是测量装置可以适于输出表示以下参数中的至少一个的测量信号：运行时间；声压；声能；以及声强。
表示声强的测量信号可以是特别有利的，以便获得接触状态的最精确的可能测量，而不易出错。因此，特别是在超声波的情况下，空气路径或灰尘层的存在导致声强的衰减。因此，可以检测触点之间的距离或在彼此接触的触点之间出现的接触抑制层。
如果测量信号表示声波从信号发射器到信号接收器的传播时间，则声波的过零点即相位变化可被认为是运行时间的基准点。与声波的其余声音参数相比，声波的过零点不受干扰的影响，或者至少受干扰的影响较小，例如声音反射、传输、吸收和消散。因此，当考虑声波通过至少两个触点从信号发射器传播到信号接收器所需的持续时间时，可以输出非常精确的测量信号。这种准确性不仅允许得出关于接触装置的接触状态的结论，还允许得出关于适于彼此邻接的两个触点之间的距离的结论。
在进一步优选配置中，测量装置可以适于输出表示声波运行时间的测量信号和表示声强的测量信号。表示声强的测量信号可以用来产生表示接触状态的输出值，而不需要太多的努力，例如这也可以用来实现电路。如果需要对距离进行更精确的分析，可通过表示声波运行时间的测量信号产生输出值。
优选地，测量可以连续进行，从而可以随时记录故障。特别地，这使得能够检测悬浮的开始，即由于短路导致的触点的短暂隔离，这可能导致具有高电压的电弧。这表明应该更换接触装置，以确保安全操作。
作为连续测量的替代，测量也可以时间间隔进行，特别是以均匀的时间间隔。例如，信号发射器可以根据开关信号将声信号耦合到至少两个触点的第一个中。通过避免连续操作，可以减少测量装置的磨损。在计算机实现的方法中，可以为此目的提供命令单元，例如通过其可以控制开关信号。
接触装置可以包括可相对于彼此移动的两个触点。因此，例如，接触装置可以是开关装置，如在继电器中。触点可以包括接触端部，在闭合接触状态下，触点通过接触端部彼此邻接。例如，一个触点可以在接触装置中保持静止，而另一个触点可以是可移动的。可移动触点可以例如通过致动器移动。
根据进一步优选配置，在接触装置中也可以提供两个以上触点。例如，接触装置可以包括三个触点，其中一个触点可以适于作为桥触点，该桥触点可以相对于另外两个触点或它们中的至少一个触点移动，并且在闭合接触状态下另外两个触点通过该桥触点彼此电连接。因此，结构声通过桥触点从一个触点传导到另一个触点。
如果在接触装置中提供两个以上触点，则优选的是，信号发射器以声音传导方式连接到布置在接触装置的开关行中的第一位置的触点，并且信号接收器以声音传导方式连接到布置在开关行中的最后位置的触点。因此，声信号可以通过开关行中存在的所有触点直接从信号发射器传导到信号接收器。
布置在第一位置的触点和布置在最后位置的触点都可以在接触装置中保持静止。中间触点可以相对于两个固定触点移动，并用作桥接触点。
优选地，开关行的所有触点可以由相同的材料形成，或者至少具有大致相同的声音传导，这可以有助于测量信号的评估，因为结构声的传播特性在整个开关行上保持基本恒定。
电隔离阻尼元件可以布置在至少两个触点之间，使得即使在隔离状态下，结构声也可以经由阻尼元件从至少两个触点的第一触点传导到至少两个触点的第二触点。因此，即使在完全隔离状态下，声信号也可以由信号接收器记录，从而允许确定表示参数(例如声强)的测量信号，其可以对应于断开接触状态的基准信号。该基准信号可用于确保测量装置正常工作。
阻尼元件可以优选地具有比至少两个触点更低的声导率，使得至少在闭合接触状态下，经由触点传导的结构声与经由阻尼元件传导的结构声重叠。经由阻尼元件传导的结构声也可以用于例如校准测量装置。
在进一步优选配置中，阻尼元件可以实现为载体，至少两个触点刚性地固定在该载体中。例如，阻尼元件可以是壳体壁。
至少两个触点可以各自包括接触端部，其适于至少在闭合位置邻接另一个触点，从而建立电连接。为了在整个触点上以定向方式传导声信号，优选的是，信号发射器和/或信号接收器在触点的远离接触端部的端部连接到相应的触点。
例如，可以计算机实现的方法来评估测量信号。为此，可以提供评估单元，其使用测量信号来确定表示接触状态和/或待接触的触点(特别是待直接接触的触点)之间的距离的输出值。优选地，可以提供输出由评估单元确定的输出值的输出单元。
优选地，可以提供一种用于数据处理的***，包括处理器，特别是信号处理器，其配置为执行计算机实现的方法。
一种计算机可读存储介质可以存储指令，其在被计算机执行时使得计算机执行计算机实现的方法。
计算机实现的方法尤其可以在操作期间连续执行，并且评估单元可以连接到信号发射器和/或信号接收器。可替代地，可以提供存储单元，其上可以存储测量信号或者甚至其路线。如果需要，该存储单元可被读出，例如通过耦合到评估单元的读出单元。
根据前述配置中的任何一种的测量装置可以适用作改装套件，其中测量装置配置为集成到包括至少两个触点的接触装置中。
在下文中，通过参考附图的优选配置来更详细地解释本发明。所示的优选进一步发展和配置彼此独立，并且可以根据应用情况的需要彼此结合。
附图说明
附图示出了：
图1是处于第一断开接触状态的根据本发明的接触装置的示例性配置的示意性前视图；
图2是处于第二闭合接触状态的图1的示例性配置的示意性前视图；
图3是根据本发明的接触装置的示例性配置的框图的示意图；
图4是声强随待接触触点之间距离的增加而变化的示意图；以及
图5是运行时间随待接触触点之间距离的增加而变化的示意图。
具体实施方式
图1和2示出了接触装置1的第一示例性实施例。
接触装置1包括用于检测接触装置1的接触状态的测量装置2和至少两个电触点4，电触点在第一断开接触状态T(见图1)下彼此电绝缘，并且在第二闭合接触状态K(见图2)下彼此电连接。测量装置2包括声信号发射器6和信号接收器10，声信号发射器6适于将声信号特别是声波耦合到至少两个触点4的第一触点8中，信号接收器10以声音传导方式连接到至少两个触点4的第二触点12。
通过在接触装置的不同触点处耦合信号发射器6和信号接收器10，声波可以经由触点直接传输。声信号通过接触装置的触点经由结构声从信号发射器传导到信号接收器。由于与磁信号或电信号相反，声信号与电压的类型和电平无关，因此可以可靠地检测例如由光桥、短路和/或焊接引起的故障。此外，测量装置2和方法可以在不同的接触装置中使用，而不需要过多的努力。
信号发射器6和信号接收器10可以适于将从约16kHz的超声波范围内的声信号耦合到第一触点8中，或者从第二触点12接收该声信号。为此，信号发射器6和信号接收器10优选地可以是压电元件14，利用压电元件14可以提供紧凑且低磨损的测量装置2。
电隔离器16特别是流电隔离器可以布置在信号发射器6和第一触点8之间以及信号接收器10和第二触点12之间，以确保触点和信号发射器或信号接收器之间的可靠电隔离。电隔离器16可以例如由陶瓷材料制成，该陶瓷材料包括至少与电触点4的材料类似的声音传导。因此，声信号可以从信号发射器6经由电隔离器16耦合到第一触点8中，或者声信号可以由信号接收器10经由电隔离器16从第二触点12接收，而其参数没有任何大的波动。
如图1和2所示，第一触点8和第二触点12可以在触点装置1中保持静止。第一和第二触点8、12可以保持在公共载体18上，例如壳体壁上。载体18可以用作阻尼元件20，其具有比触点4的材料更低的声导率。因此，在断开状态T下，声信号可以经由阻尼元件20在第一和第二触点8、12之间传输，从而验证测量装置2准备好操作。
为了断开或闭合电触点4，特别是第一和第二触点8、12，可以提供用作桥接触点22的另一个电触点4。桥接触点22可以相对于第一和第二触点8、12保持可移动，其中桥接触点22包括面对相应的第一和第二触点8、12的邻接表面23，该邻接表面在断开接触状态T下与第一和第二触点8、12中的至少一个隔开，并且在闭合接触状态K下邻接第一和第二触点8、12的相应接触端部24，因此，不仅确保了电流经由桥接触点22的传输，而且还确保了结构声的传输。
如果第一和第二触点8、12彼此连接，则确保了结构声从信号发射器传播到信号接收器的连续路径。因此，在闭合接触状态K下，声波能够以最少阻力从信号发射器6传导到信号接收器10。然而，如果通过移动桥接触点22远离第一和第二触点8、12中的至少一个来解除闭合接触状态K，则在接触端部24和邻接表面23之间产生空气桥，这对于声波具有阻尼作用，特别是在超声波范围内。此外，声波从信号发射器到信号接收器必须行进的距离增加了。
信号发射器6和/或信号接收器10可以优选地布置在相应触点8、12的背离接触端部24的端部26，使得声信号在整个触点上定向传播，并且可以避免测量误差。
当然，接触装置1也可以包括两个触点，其可相对彼此移动并且在闭合接触状态K下彼此直接邻接。
接触装置1可以是电气开关设备27的一部分。
此外，改装套件可以包括测量装置2，其可以集成在包括至少两个触点的接触装置中。
测量装置2可以适于输出至少一个以下参数的代表性信号：运行时间；声压；声能；以及声强。
根据该示例性配置，测量装置2可以适于输出表示声强的测量信号和表示声信号的运行时间的测量信号。
由于声强可以被空气或位于邻接表面23和接触端部24之间的污垢接触抑制层阻尼，可以通过考虑表示声强的测量信号来反映电接触是否正在发生。
声信号的运行时间的测量尤其可以与声信号的过零点即相位变化有关。因此，信号发射器6处的声信号的过零点被认为是起点，而信号接收器10处的声信号的过零点被认为是终点。这是优选的，因为与其他声音参数相比，声信号的相位变化较少受到干扰例如声音反射的影响。因为声信号的运行时间与声信号的行进路径成比例，所以当考虑表示运行时间的测量信号时，可以确定适于彼此直接邻接的触点4之间的距离。
通过组合这两个测量信号，可以避免或至少检测到故障。例如，可以在高短路电流下检测到悬浮的开始，这可能导致电弧放电，使两个触点焊接在一起。
优选地，测量可以连续进行，从而可以随时记录接触状态的变化。然而，如果要避免测量装置的连续操作，测量也可以脉冲方式进行，例如作为开关信号的函数。
图3示出了测量装置的示例性配置的框图的示意图。
在计算机实现的方法中，可以读出两个测量信号中的至少一个，并且可以基于其测量参数来确定接触装置的接触状态。
该框图示出了信号发射器6和信号接收器10，信号发射器6将声信号28耦合到第一触点中，信号接收器10在运行时间t之后接收具有声强I的声信号28。基于由信号接收器10接收的声信号28，可以输出表示声信号28的声强I的测量信号30和表示声信号28的运行时间t的测量信号32。
这些测量信号30、32可以存储在存储单元34上。存储单元34可以集成在计算机***C中，或者至少可以由计算机***C读出。为此，计算机***C可以具有读出单元36，其可以访问存储在存储单元34上的测量信号30、32。
读出的测量信号30、32可以通过评估单元38进行评估，并且可以确定相应的接触状态。评估单元38可以耦合到输出单元40，其基于输出值42输出接触状态和/或至少在闭合接触状态下彼此邻接的两个触点之间的距离。
具体而言，计算机***C可以是数据处理***，并且包括处理器44，其配置成使得其执行计算机实现的方法。
用于执行该方法的命令可以存储在计算机可读存储介质46上，例如使计算机***C执行该方法的命令。
计算机***可以集成在接触装置中，也可以与其分离。如果计算机***C与接触装置分离，则可以提供连接，通过该连接可以访问测量信号。
计算机***还可以包括命令单元(未示出)，该命令单元可以耦合到信号发射器6，并且可以使信号发射器将声信号耦合到第一触点8中。
图4示出了示出作为接触距离的函数的声强过程的示意图的示例。
在该图中，声强I在纵坐标上，待接触触点的距离x在横坐标上。
在接触距离为0时，即当触点彼此邻接时，信号接收器处的声信号的声强达到其最大值。如果触点现在彼此远离移动，由于触点之间的空气桥，声强持续降低，其中当该值下降到阈值50以下时，接触状态从闭合状态K改变为断开状态T。阈值50仅在图中示意性地绘制，并且可以根据接触装置而变化。阈值可以例如通过校准存储在***中，并且表示在待接触的触点之间没有电流出现的值。因此，对于高于阈值50的声强I的任何值，可以输出表示闭合接触状态K的输出值。
特别是对于触点之间的精确距离的分析，考虑声强是不太合适的，因为其受到反射等的额外波动。如果要说明触点之间的确切距离，考虑运行时间更为合适，因为与剩余的声量相比，运行时间的波动更小，并且可以简单地与声强相结合。
图5示出了运行时间t随接触距离x变化的图。
这里也可以指定阈值50，低于阈值50的任何值表示闭合接触状态K，而高于阈值50的任何值表示断开接触状态T。
附图标记列表
1接触装置
2测量装置
4电触点
6信号发射器
8第一电触点
10信号接收器
12第二电触点
14压电元件
16电隔离器
18载体
20阻尼元件
22桥接触点
23邻接表面
24接触端部
26背离接触端部的端部
27电气开关设备
28声信号
30测量信号
32测量信号
34存储单元
36读出单元
38评估单元
40输出单元
42输出值
44处理器
46存储介质
50阈值
C计算机***
I声强
K闭合接触状态
T断开接触状态
t运行时间
x距离

Claims (15)

1.一种接触装置(1)，包括用于确定接触装置(1)的接触状态的测量装置(2)和至少两个电触点(4)，电触点在第一断开接触状态(T)下彼此电绝缘且在第二闭合接触状态(K)下彼此电连接，其中测量装置(2)包括声信号发射器(6)，其配置为将声信号(28)耦合到至少两个触点(4)的第一触点(8)中；以及信号接收器(10)，其以声音传导方式连接到至少两个触点(4)的第二触点(12)。
2.根据权利要求1所述的接触装置(1)，其中，所述声信号发射器(6)适于在超声波范围内耦合所述声信号(28)。
3.根据权利要求1或2所述的接触装置(1)，其中，所述测量装置(2)适于输出测量信号(30、32)，其表示所述声信号(28)的以下参数中的至少一个：
-运行时间(t)；
-声压；
-声能；以及
-声强(I)。
4.根据权利要求3所述的接触装置(1)，其中，所述测量装置(2)适于输出表示所述声信号(28)的声强(I)的第一测量信号(30)和表示所述声信号(28)的运行时间(t)的第二测量信号(32)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的接触装置(1)，其中，在所述至少两个触点(4)之间延伸的电绝缘阻尼元件(20)至少在所述断开接触状态(T)下布置。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的接触装置(1)，其中，所述接触装置(1)包括桥触点(22)，其可相对于所述第一和/或第二触点(8、12)移动，并且第一和第二触点(8、12)在所述闭合接触状态(K)下通过其彼此电连接。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的接触装置(1)，其中，所述信号发射器(6)和/或信号接收器(10)布置在相应触点(8、12)的与接触端部(24)相对布置的端部(26)。
8.一种用于测量接触装置(1)中的接触状态的方法，接触装置(1)包括至少两个电触点(4)，电触点在第一断开接触状态(T)下彼此电绝缘且在第二闭合接触状态(K)下彼此电连接，所述方法包括以下步骤：
-将声信号(28)耦合到至少两个电触点(4)的第一电触点(8)中；以及
-在至少两个电触点(4)的第二电触点(12)处接收声信号(28)。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，声信号(28)连续地耦合到第一电触点(8)中。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，响应于开关信号，声信号(28)耦合到第一电触点(8)中。
11.一种计算机实现的方法，包括以下步骤：
-提供表示从接触装置(1)的一个电触点(4)传输到接触装置(1)的另一个触点(4)的声信号(28)的测量信号(30、32)，其中测量信号(30、32)包括表示声信号(28)的至少一个以下参数的至少一个测量参数：
-运行时间(t)；
-声压；
-声能；以及
-声强(I)；
-通过至少一个测量参数确定接触装置(1)的接触状态(K、T)。
12.一种用于处理数据的***(C)，包括处理器(44)，该处理器配置成使得其执行根据权利要求11所述的方法。
13.一种计算机可读存储介质(46)，包括当由计算机执行时使计算机执行根据权利要求11所述的方法的命令。
14.一种电气开关设备(27)，包括根据权利要求1至7中任一项所述的接触装置(1)。
15.一种用于包括至少两个电触点(4)的接触装置(1)的改装套件，电触点在第一断开接触状态(T)下彼此电绝缘且在第二闭合接触状态(K)下彼此电连接，其中改装套件包括测量装置(2)，该测量装置具有声信号发射器(6)，其适于将声波(28)耦合到所述至少两个电触点(4)的第一电触点(8)中；以及信号接收器(10)，其适于以声音传导方式连接到所述至少两个电触点(4)的第二电触点(12)。
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